Harjattomat moottorit
Sähkömoottorissa pyörintäliike saadaan aikaiseksi kytkemällä magneettikentässä oleviin johtimiin=käämeihin sopivasti sähkövirta vuorottain. Eli virta kytketään, kun käämi on sopivassa asemassa magneettikentässä, jolloin se lähtee liikkumaan, ja kun liike on jatkunut ohi optimaalisen kohdan, virta katkaistaan, sama uudelleen uuteen käämiin jne. Tavallisessa harjallisessa moottorissa tämän katkomistoiminnan hoitaa kommutaattori, eli moottorin päässä olevat kupariset kontaktipinnat, joihin sähkö johdetaan hiiliseoksesta tehtyjen laahaimien, harjojen avulla. Kontaktipinnat on kytketty käämeihin, ja sijoitettu siten, että moottorin pyöriessä virta kulkee aina magneettikenttään sopivassa asemassa olevan käämin kautta. Harjallinen moottori on sikäli helppo tapaus, että se toimii itsekseen, kun sille vain syötetään sopivaa sähköä sisään. Sähkön määrää säätämällä voidaan säätää moottorin kierroslukua tai lähinnä ottotehoa. Haittapuolena on hiiliharjojen kuluminen, kuumeneminen sekä kitka.
Varsinkin lennokkikäytössä on siirrytty lähes kokonaan harjattomiin moottoreihin. Sähköteknisesti puhutaan kestomagnetoiduista tahtikoneista. Tällainen kone on tavallaan myös käännetty ”väärin päin”, eli magneetit pyörivät, ja käämi on aina paikallaan. Magneetit voivat olla moottorin ja käämien sisäpuolella, jolloin paketti muistuttaa tavallista harjallista moottoria = nk. sisäpyörija, tai erillisellä pyörivällä kehällä =nk. ulkopyörijä. Ulkopyörijässä on tavallisesti pienemmät kierrokset, mutta suurempi vääntö, sisäpyörijässä päinvastoin. Sisäpyörijä on usein helpompi sijoittaa, koska siinä ei ole ulkoisia liikkuvia osia (pl. akseli). Toisaalta ulkopyörijän ominaisuudet sopivat paremmin laivamallikäyttöön (suurempi vääntö).
Harjattomassa moottorissa pyörimisen tuottava virrankatkaisu/kääntötoiminto tehdään säätimen avulla, siis jos moottorin napoihin laitetaan akku kiinni suoraan, ei juurikaan mitään tapahdu, paitsi että hetken kuluttua moottori saattaa palaa. Säädin siis ”ajaa” moottoria, joten harjattoman moottorin säätimen tulee olla merkittävästi monimutkaisempi kuin harjallisen moottorin säätimen.
Harjattomat moottorit on jaettu ajoituksen toimintaperiaatteen mukaan kahteen alaluokkaan: Sensorittomat ja sensorilliset. Säätimen tulee tietää, missä asennossa magneetti(kenttä), eli käytännössä pyörivä osa eli roottori, on käämeihin nähden, pystyäkseen kytkemään jännitteen oikeaan käämiin oikea-aikaisesti. Sensorittomassa tämä selvitys tapahtuu mittaamalla virtajohdon kautta yhden käämin jännitettä, sensorillisessa on ihan konkreettiset sensorit, jotka kertovat magneettikentän=roottorin asennon. Käytännön ero näkyy lähinnä käyntiin lähdössä ja pienillä kierroksilla. Periaatteessa sensorillinen moottori käynnistyy pehmeämmin, ja sen pitäisi pystyä toimimaan pienemmillä kierroksilla paremmin. Suuremmilla kierrosluvuilla ero tasoittuu. Tällä hetkellä kaikki sensorilliset moottorit ovat sisäpyörijöitä, eli siis kaikki ulkopyörijät ovat sensorittomia. Sensorillinen moottori-säädinyhdistelmä on hieman monimutkaisempi ja siksi kalliimpi. Uusimmat sensorittomat systeemit tuntuvat jo toimivan kohtuullisesti, mutta valitettavasti vanhanaikaisen moninapaisen harjakoneen ja hyvän säätimen pehmeydestä ja alarekisterin toimivuudesta ollaan vielä kaukana. Käytännön esimerkkinä on uivan laivamallin laituriinajotilanne: Tässä tarvitaan todella herkkä ja tasaista tehonsäätöä. En ole vielä kokeillut laadukasta sensorillista moottori-säädinyhdistelmää, olisiko sellainen käyttökelpoinen tässä tarkoituksessa.
Vielä sen verran, että sensorillisia moottoreita tapaa lähinnä RC-autopuolelta, joten sellaista haluavan kannattaa kääntyä RC-autoja myyvän liikkeen puoleen. Näiden autosäätimien rajoitteena on kuitenkin alhainen jännitekesto, ne kestävät tavallisesti vain 8 Nixx-kennoa (9.6V) tai 3 LiPo-kennoa (11.1V, nimellisjännite). Tosin laajemmankin jännitealueen säätimiä löytyy etsimällä.
Tässä lennokkikäyttöön tarkoitettu pieni harjaton sensoriton ulkopyörijämoottori. Lienee vaikea uskoa, että sen tehonkesto on samaa luokkaa kuin viereisen 17 -lankaisen harjakoneen. Lisäksi se kehittää maksimitehonsa alle 10000 k/min alueella, kun harjakone kiertää n. 30000 ja tarvitsee usein miten alennusvaihteen laivamallikäyttöä varten.
Useissa säätimissä on mahdollisuus säätää toimintaa erilaisten parametrien avulla. Esimerkiksi toimintamoodiksi voi valita autotoiminnon eteen ja jarru, eteen-jarru-taakse, tai nimenomaan laivamalliin sopivan eteen-taakse ilman pakkia. Lisäksi voidaan säätää kaasun vastetta, ajoituksia sekä akun suojakatkaisua. Joissakin säätimissä tämä tapahtuu yhden napin, yhden ledin ja mahdollisesti radio-ohjaimen yhteistoiminnalla. Voin kertoa, että tällainen on tuskastuttavaa, kun säädettäviä parametrejä on kymmenen ja jokaisella vaihtelevasti 3-10 arvoa. Viime aikoina on yleistynyt säätöjen tekeminen joko tietokoneen kautta (säädin liitetään USB-porttiin erillisellä liittimellä), tai sitten säätimen mukana tulevalla ohjelmointikortilla/boksilla. Esitän, että kannattaa hankkia ehdottomasti tällainen säädin, koska noiden parametrien säädöllä on oikeasti merkitystä laivamallikäytössä. Ja vielä yksi huomautus: Jokaisella moottorilla tulee olla oma säätimensä! Ajoitustoiminto menee sekaisin, jos se joutuu arvaileman esim. kahden erivaiheessa olevan moottorin tilannetta yhtäaikaisesti.
SpeedPassion – nopeudensäädin, tyyppiä Exige 2.0. Säätimen mukana tulee erittäin kätevä ohjelmointiboksi, ja se voidaan ohjelmoida eteen-taakse –moodiin ilman jarrua. Säädin kestää 40 A jatkuvan virran ja 11.1 V:n akkujännitteen (3 kennoinen lipo tai 9 kennoinen NiMh/NiCd). Huomaa vakiona oleva tuuletin.
Pulson hieman vanhempi vastaava säädin. Ohjelmointi tehdään vastaanottimen liittimessä kiinni olevan USB-sovittimen kautta. Tämä kyseinen säädintyyppi ei ole osoittautunut kaksiseksi, erityisesti sen peruutusominaisuudet ovat heikot, ts. säädin ei kytke pakkia viiveettä ja varmasti.
Harjattomissa moottoreissa on periaatteessa hieman parempi hyötysuhde, kuin pienissä harjallisissa moottoreissa. Lisäksi lähes kaikissa harjattomissa moottoreissa käytetään magneetteina kalliita ja huippuvahvoja neodyymimagneetteja, joilla saadaan selvästi suurempi tehotiheys. Näinollen saman kokoinen ja painoinen harjaton voi olla kertaluokkaa tehokkaampi kuin harjallinen moottori. Lisäksi oikein käytettynä ainoa kuluva osa on laakerointi.
Tarkasteltuna laivamalliharrastajan näkökulmasta, en ainakaan itse näe vanhan harjallisen tekniikan puutteita merkittävinä. Laivamalleissa ei tarvita tavallisesti suuria tehoja, eikä hyötysuhteella ole yleensä juurikaan merkitystä (kunhan pysytään käytetyn moottorin oikealla toiminta-alueella!!). Vaikka harjattomien systeemien hinnat ovat tulleet merkittävästi alas, on taso vielä selvästi korkeampi kuin harjallisilla, ainakin tässä kyseeseen tulevalla teho-alueella. Kulutuskestävyydestä voin todeta vain sen, etten itse ole yhtäkään harjallista konetta vielä saanut loppuun ajettua laivamallissa. Haasteeksi voi kyllä tulla jatkossa harjallisten moottoreiden ja säätimien saatavuus, ja kenties muutaman vuoden kuluttua tilanne onkin toisinpäin? Toistaiseksi, tietenkin erikoistapaukset pois lukien, koen, että harjaton tekniikka ei tuo merkittävää etua korkeamman hintansa vastineeksi.
1. 2,4 GHz -radiotekniikka
2. Harjattomat moottorit
3. LiPo / LiPoFe-akut